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    2024年 第60卷 第5期 刊出日期:2024-09-20
    2024年第5期目次
    2024, 60(5):  0. 
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    基于多物理场耦合分析的超导耦合器失超过程研究
    周健荣, 常正则, 刘枭, 黄彤明, 张沛, 李少鹏, 葛锐
    2024, 60(5):  775-785.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2024.005
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    基于多物理场耦合分析方法, 建立耦合器的一维失超过程模型, 并解决材料物性和内热源中非线性因素对数值求解精度和稳定性的影响问题。结果表明, 耦合器铌管靠近常温端的漏热是影响失超的关键因素, 延长铌管与液氦接触部分的长度或采用更高RRR值的铌材, 均可以有效降低铌管温度。为了保证施加电磁场后耦合器整体不发生失超, 应控制铌管靠近常温端的漏热不高于5.18 W。当此部分漏热量随着时间的推移而失超时, 失超传播速度和失超区域的占比受漏热增长率和漏热量的共同影响。发生失超后, 控制漏热量的变化可以使耦合器重新恢复超导, 延迟时间约为0.2 s。
    适配PAICORE2.0的硬件编码转帧加速单元设计
    丁亚伟, 曹健, 李琦彬, 冯硕, 杨辰涛, 王源, 张兴
    2024, 60(5):  786-798.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2024.066
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    为了解决北京大学脉冲神经网络芯片PAICORE2.0类脑终端系统中软件编码和转帧过程速度较慢的问题, 提出一种硬件加速方法。通过增加硬件加速单元, 将Xilinx ZYNQ的处理系统 PS端串行执行的软件编码转帧过程转移到可编程逻辑 PL端的数据通路中流水化并行执行。硬件加速单元主要包含高度并行的卷积单元、参数化的脉冲神经元和位宽平衡数据缓冲区等。实验结果表明, 该方法在几乎不增加数据通路传输延迟的前提下, 可以消除软件编码和转帧过程的时间开销。在CIFAR-10图像分类的例子中, 与软件编码和转帧方法相比, 硬件编码转帧模块仅增加9.3%的LUT、3.7%的BRAM、2.6%的FF、0.9%的LUTRAM、14.9%的DSP以及 14.6%的功耗, 却能够实现约8.72倍的推理速度提升。
    出芽短梗霉LHS-m022黑色素葡聚糖的发酵影响因素和生物活性
    栾兴社, 栾欣阳, 张长铠
    2024, 60(5):  799-806.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2024.044
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    为探索出芽短梗霉LHS-m022黑色素多糖的发酵影响因素和生物活性, 采用菌种发酵、分离提取及生物检测方法, 对发酵液性质、产物收率、生物转化率及生物活性进行测定分析。结果表明, LHS-m022黑色素多糖发酵的最佳碳、氮源分别是蔗糖和胰酪蛋白胨, 蔗糖最佳浓度为60 g/L; 发酵培养基中诱导剂L-多巴的最适添加量为2.0 g/L, 发酵液黑变活性和生物转化率分别是2.481和 71.93%; 细胞通透剂鼠李糖脂的最适添加量是0.021 μL/L, 发酵液黑变活性和生物转化率分别高达2.794和73.9%。全波长扫描、FTIR与HPLC分析表明, WAI为黑色素, PsB为黑色素葡聚糖结构。研究结果揭示, 粗黑色素葡聚糖样品经121℃以上高温处理, 仍然得到95.37%的絮凝率。采用1.50和2.00 g/L的样品浓度进行检测, 分别得到99.55%的羟自由基清除活性和99.00%的抗氧化活性。
    2019年2月北京地区3次回流降雪过程的水汽输送特征分析
    李双旭, 任阳泽, 章露露, 薛惠文
    2024, 60(5):  807-814.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2024.061
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    为提高北京地区回流降雪预报的准确率, 利用ERA5/GDAS全球格点再分析资料和HYSPLIT轨迹追踪模式, 对2019年2月发生在北京地区的3次回流降雪过程进行天气学分析和水汽输送特征分析。结果表明, 在3次回流降雪个例中, 偏东气流中的水汽含量有限, 当出现偏南水汽通道的配合时, 可产生明显的降雪。在典型回流形势(2月14日)下, 高后回流与河套倒槽配合, 回流水汽输送通道更为深厚, 利于降雪; 在非典型回流形势(2月6日和12日)下, 回流水汽输送集中于大气的低层(850 hPa以下)。2月12日南支气流水汽输送贡献较大, 对南支气流水汽输送的忽视是导致2月12日降雪漏报的原因之一。3次回流降雪个例在偏东和偏南路径上水汽输送至北京地区的时间与白天显著降雪的时段基本上对应, 可作为预报回流降雪的关键因子。
    西风带影响下的跨半球航班最优航线分析
    袁为, 王宝, 聂绩
    2024, 60(5):  815-821.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2024.064
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    提出一种利用大气背景西风设计最优航线的计算方法, 并给出判定所适用航线的标准, 量化最优航线相较于大圆航线所节省的时间。研究结果表明, 对于一些跨东西半球的航线, 去程和返程都顺着西风飞行比按照原路返回航线所需时间短。以北京与纽约之间的航线为例, 目前采用的去程(北京至纽约)向东顺风, 返程(纽约至北京)向西逆风, 计算结果表明, 如果返程也向东顺风飞行, 所需时间比原路向西逆风飞行短。进一步的分析结果表明, 这种设计对很多跨东西半球城市之间的航线都适用。研究结果可以帮助民航系统优化航线, 减少航空燃油消耗, 节约成本和减少碳排放。
    新疆TASTE台阵拾震器方位角标定及其对SKS波分裂测量的影响
    毛鹏宇, 叶勃, 陈永顺, 盖增喜
    2024, 60(5):  822-838.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2024.062
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    在对塔里木岩石圈地震台阵(TASTE)的66个宽频带流动台站数据进行严格约束基础上, 利用3种国际上常用的方法——P波主成分分析法、P波切向最小能量法和Rayleigh波相关系数法, 实现地震仪的拾震器方位角标定。3种方法得出的结果具有较高的一致性(相关系数介于0.64~0.91之间), 通过综合分析确定最终的地震仪拾震器方位角。其中62个台站地震仪的拾震器方向较稳定, 且所有台站均没有出现南北反向、拾震器方位角随时间推移而发生系统性变化的情况。通过与磁偏角对比, 发现有40个台站地震仪的拾震器方位角位于磁偏角的±3°范围内, 说明TASTE台阵受到的外部干扰较小, 台站部署质量较高。通过两个SKS波分裂实例, 评估拾震器方位角对SKS波分裂测量产生的影响, 论证了在地震学中进行拾震器方位角标定的必要性。
    碳酸盐岩成岩重结晶作用及其储层意义
    陈森然, 刘诗琦, 刘新社, 魏柳斌, 刘波, 王恩泽, 于进鑫, 熊鹰
    2024, 60(5):  839-850.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2024.065
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    为探究碳酸盐岩重结晶作用的微观机理及其储层地质意义, 基于碳酸盐岩重结晶作用相关理论和最新研究成果, 探讨温度、压力和流体成分等因素对矿物晶体–孔隙流体反应的影响, 并构建地质–数学模型来阐明重结晶作用与碳酸盐岩物性参数间的关系。结果表明, 碳酸盐岩重结晶作用是一系列微观尺度的溶解–再沉淀以及岩石矿物相趋于稳定的过程, 受温度、压力和流体溶质等多种因素的影响。重结晶作用通过改变碳酸盐矿物的粒度及自形程度来调整孔隙迂曲度和孔喉半径比等孔隙结构参数, 从而达到改善岩石多孔介质渗流能力的效果。此外, 基于不同成岩环境条件构建重结晶–岩石物性协同演变模式, 发现流体压力是影响重结晶作用过程中孔隙结构保存及调整的关键因素, 表现为封闭的流体超压体系中碳酸盐矿物在重结晶作用下趋于形成自形晶体结构, 岩石孔隙保存较好; 开放的流体常压体系中碳酸盐岩趋于形成致密镶嵌的岩石结构, 孔隙结构和储渗能力均遭到破坏。
    柴北缘西段晚新生代构造地貌演化: 中更新世构造隆升分隔柴达木盆地与苏干湖盆地
    杨屹洲, 衣可心, 李佳明, 郭召杰
    2024, 60(5):  851-864.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2024.063
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    通过对野外观察点沉积特征和构造地貌的分析, 发现中更新世柴达木盆地和苏干湖盆地的古地理环境发生快速的变化。柴达木盆地和苏干湖盆地早更新世(2.54~0.78 Ma)发育广泛的湖泊, 古水流的流向显示此时二者存在水系沟通。中更新世以来(0.78Ma至今), 软沉积变形构造指示的柴北缘构造带持续构造活动事件导致小赛什腾山逐渐隆升, 成为完全分隔柴达木盆地与苏干湖盆地的地形屏障, 原有的湖泊环境在山前地区转变为冲积扇–洪积扇及辫状河环境, 在远端地区转变为孤立的小型咸水湖环境。因此, 柴北缘构造带中更新世的构造隆升事件导致柴达木盆地和苏干湖盆地古地理环境和流域体系的剧烈变迁。隆升形成的柴北缘构造带阻断发源自南祁连地区的河流, 最终减少柴达木盆地的入湖径流量, 促进中更新世以来柴达木盆地内湖泊的萎缩和干涸。
    南海北部IODP U1500B孔早–中中新世沉积物元素地球化学特征与源区古气候浅析
    耿力, 黄宝琦, 路颖晗
    2024, 60(5):  865-873.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2024.054
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    通过南海北部IODP U1500B钻孔岩芯中1262.6~1288.3 m沉积物的元素地球化学分析, 还原中新世早–中期(20~14 Ma)中国西南地区的气候与环境演化历史。沉积物中稀土元素分析结果显示其物源区主要为中国西南的云贵高原, 主量元素比值、CIA、PIA、C 值、Sr/Cu以及主成分分析结果共同指示早–中中新世沉积物源区化学风化强烈、气候温暖湿润的特征。中国西南地区距今17 Ma以来的气候基本上与全球一致, 但17 Ma之前与全球寒冷干燥的状况并不相同。这可能与晚渐新世–早中新世青藏地区的强烈隆起有关: 高原隆升导致南亚季风大大加强, 使中国西南地区在早中新世(20~17 Ma)更加温暖湿润(尽管这段时间南亚季风在全球变冷的影响下有略为减弱的趋势); 17~14 Ma, 南亚季风的增强持续影响中国西南地区, 此时全球气候也处于中中新世气候适宜期(MCO), 两者气候变化趋势一致。
    中国农村居民点重心迁移特征及其指示意义
    张佰林, 张紫涵, 周艳
    2024, 60(5):  874-882.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2024.056
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    运用重心模型和标准差椭圆法, 研究2000—2018年中国农村居民点重心迁移轨迹及对农村居民点集约利用和耕地被占用空间格局的影响。结果表明, 2000—2018年中国农村居民点重心向西北迁移17545.67 m, 其中向西迁移8843.191 m, 向北迁移15154.162 m。2000—2005年、2005—2010年、2010—2015年和2015—2018年4个阶段, 中国农村居民点重心迁移沿着“西南–东南–西北–西北”的轨迹, 迁移速度分别为894.326, 854.994, 1368.894和8108.936 m/a。2010年之前农村居民点重心主要向南迁移, 移动速度较慢, 2010年之后转向西北方向迁移, 移动速度迅速上升。2000—2018年, 中国农村居民点空间分布范围先缩小后扩张, 其中2000—2015年分布范围缩小, 2015年以后分布范围扩张, 农村居民点在主趋势方向(南北)呈现集聚特征, 在东西方向呈现离散特征。研究结果表明, 中国北方农村居民点的利用较为粗放, 尤其是华北、东北和华东地区, 人均农村居民点面积及增长率较快, 集约利用程度低, 农村居民点净占用耕地在全国的占比也最高, 成为耕地占用最严重的地区; 中南和西南地区农村居民点的利用较为集约。研究结果可为理解农村居民点的演变动态以及指导农村居民点空间布局的调整提供科学依据。
    基于生成对抗网络的遥感光学影像舰船样本仿真
    冀锐, 马磊, 张靖, 王卫红, 郭祉辀, 万献慈, 肖蕾, 万玮
    2024, 60(5):  883-892.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2024.067
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    基于遥感数据获取的真实舰船数据集数量非常有限, 难以满足深度学习算法训练对样本数量的需求。针对此问题, 利用三维模型和能够进行风格迁移的生成对抗网络, 提出一种高质量的包含舰船目标的三波段光学高分辨率遥感图像仿真方法。基于构建的数据集, 进行仿真样本的生成及评估。研究结果表明, 该方法能够合成在视觉上接近真实影像的图像, 通过加入合成样本对目标检测模型进行训练, 可以使Faster-RCNN和YOLOv5的全类平均正确率mAP分别提升2.6%和2.3%。
    三江流域(云南区段)耕地非粮化空间格局及驱动因素
    石婕妤, 吴秀芹, 董贵华
    2024, 60(5):  893-904.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2024.059
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    为厘清中国西南典型丘陵山区的耕地非粮化态势并提供针对性的管控策略, 以三江流域(云南区段)为研究区, 探究该地区非粮化的空间格局及驱动因素, 从耕地资源禀赋、社会经济因素和农业投入因素3个角度来识别非粮化的驱动力, 划分非粮化的驱动类型, 得到如下结果表明。1) 2019年三江流域(云南区段)非粮化总面积为100.41万 hm2, 非粮化率均值为34.69%, 其中金沙江流域中各县级单元的非粮化程度明显高于怒江和澜沧江流域。2) 粮食单位产出量、乡村人口占比、坡度和人均耕地面积是耕地非粮化的重要驱动因子。3) 耕地非粮化的驱动类型可划分为资源驱动型、劳动力驱动型和经济驱动型, 其中劳动力驱动型是区域内主要的驱动类型, 经济驱动型均为县级市或市辖区, 资源驱动型主要分布在经济驱动型的周围。根据不同驱动类型的县域, 寻求耕地非粮化的不同管控途径, 有助于为国家粮食安全和耕地保护政策调整提供科学依据。
    中国大陆农作物受灾时空格局演化及影响因素研究
    樊艳翔, 黄清子, 邵文忠
    2024, 60(5):  905-916.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2024.048
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    为了揭示农作物受灾的规律和影响因素, 综合使用核密度估计方法和Dagum基尼系数, 探讨中国大陆农作物受灾的时空演变特征, 并采用Catboost模型和Tobit模型分析农作物受灾的影响因素。研究结果表明, 中国大陆地区农作物受灾水平整体上呈现带状分布特征, 黄土高原区域长期以来受灾水平较高, 整体而言, 黄土高原以北区域农作物受灾程度强于以南区域, 在黄土高原以南区域, 华中平原整体上受灾水平较高; 东部和西部地区的基尼系数始终高于中部和东北, 但随着时间的推移, 东部空间分布差异逐渐缩小, 西部则有扩大趋势, 西部的这种差异主要表现在西北地区受灾水平整体上高于西南; 水利建设和水土流失治理是农作物受灾的主导影响因素。
    多能互补视角下抽水蓄能电站运营管理的影响因素分析——以辽宁清原抽水蓄能电站为例
    孟祥鑫, 李芍毅, 胡森昶, 唐文哲
    2024, 60(5):  917-926.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2024.075
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    以辽宁省抚顺市清原抽水蓄能电站为研究案例, 提出基于多能互补视角的抽水蓄能电站运营管理框架, 并设计问卷, 通过实地考察和发放问卷, 调研多能互补视角下抽水蓄能电站运营管理的影响因素。均值分析结果表明, 多能互补视角下抽水蓄能电站运营管理的主要影响因素为电价机制的确定、参与方责权利分配以及缺少数字化管理技术的应用。通过系统聚类方法, 将影响因素分为政策支持、电力市场需求、先进的技术和设备、激励机制与收益分配、多能互补智慧管理以及“源网荷储”共赢六大类, 并提出多能互补视角下抽水蓄能电站运营管理体系, 构建多能互补视角下抽水蓄能电站相关方管理组织架构。最后, 提出多能互补视角下抽水蓄能电站管理策略、抽水蓄能电站电网调节与新能源消纳综合管理策略以及“源网荷储”一体化管理系统搭建策略。
    泰安市夏季大气PM2.5污染特征及来源解析
    田莎莎, 宋梦迪, 祖可欣, 宋锴, 董华斌, 曾立民, 陆克定
    2024, 60(5):  927-934.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2023.094
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    于2019年5月10日—6月10日对泰安市大气PM2.5中的碳组分、水溶性离子进行在线监测, 分析PM2.5及其化学组分的变化特征, 讨论泰安市细颗粒物的主要来源。结果表明, 泰安市夏季PM2.5的质量浓度为37.7 μg/m3, 是《环境空气质量标准》(GB 3095—2012)二级标准阈值(35 μg/m3)的1.1倍。水溶性离子在PM2.5中占比最高, 为47.3%。水溶性组分及其气态前体物存在明显的日变化规律, 在早晨7:00出现峰值(单峰)。泰安市夏季OC/EC比值在1.1~17.5 之间, 说明泰安市主要受生物质燃烧、燃煤和尾气排放混合源的影响。正交矩阵因子分析(PMF)结果表明, PM2.5结果中二次硝酸盐、生物质燃烧源、二次硫酸盐和燃煤源的贡献比分别为 22.0%, 46.7%, 29.9%和1.4%。
    北京市绿隔地区生态环境质量变化与驱动因素分析——以“基于自然的解决方案”为视角
    张豪, 习皓, 龙嘉骞, 郑秋月, 冯长春
    2024, 60(5):  935-944.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2024.058
    摘要 ( )   HTML   PDF (5852KB) ( )  
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    引入“基于自然的解决方案”(NBS)视角, 借助空间计量模型, 分析绿隔地区的生态环境质量变化及其驱动因素, 得到以下结果: 1) 从生态环境质量变化看, 2005—2020年, 绿隔地区整体上呈现先下降后回升的趋势, 空间上圈层格局明显; 2) 两道绿隔地区的生态环境质量变化趋势不同, 第一道绿隔地区相对更低, 且一直延续下降趋势, 第二道绿隔地区2015年后止降回升; 3) 从驱动因素看, NBS措施对绿隔地区生态环境质量改善具有驱动作用, 其中绿色基础设施在两道绿隔地区都表现出显著的驱动作用, 而生态基础设施仅在第二道绿隔地区表现出显著的驱动作用。北京市进入减量发展新阶段以来, 绿隔地区的生态环境质量明显改善。未来可以更有针对性地应用NBS措施, 进一步提升城市生态环境质量, 完善城市绿色空间体系建设。
    西方城市规划对居住分异的影响及其启示
    刘炜, 刘梦姿, 龚岳, 阙槿楠, 郭传民
    2024, 60(5):  945-956.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2024.060
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    相关文章 | 计量指标
    针对居住分异易引发社会隔离等城市问题, 从城市规划的角度, 探讨和总结其对居住分异的作用。通过文献综述及案例分析, 发现西方城市规划直接而显著地影响城市居住分异格局, 主要体现在三方面: 1) 土地利用区划的包容性以及开发密度影响居住分异程度; 2) 住房规划中的住房类型与产权多样性能缓解居住分异; 3) 在城市形态方面, 城市规模、住区封闭性和建筑地块的面积等可能影响居住分异程度。从土地利用、住区模式和街区形态角度, 对我国城市规划应对居住分异提出建议。
    土壤激发效应的机制及影响因素研究进展
    秦文宽, 冯继广, 胡云龙, 张秋芳, 朱彪
    2024, 60(5):  957-970.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2024.057
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    激发效应在全球土壤中广泛存在, 但方向和强度具有极大的分异性。针对土壤激发效应的机制和影响因素进行综述, 总结目前较为认可的机制, 包括底物优先利用、共代谢、养分挖掘和化学计量分解假说等。探究影响激发效应的方向和强度的生物和非生物的因素, 将其划分为外源有机物的性质、土壤理化特性、分解者和环境条件四大类。未来应进一步改进研究方法, 以便模拟真实环境下激发效应的发生过程, 并重点关注土层、时间等的变化对激发效应强度和方向的影响, 为改进土壤碳模型提供数据支持。
    周光召——矢志不渝强国梦
    2024, 60(5):  971-972. 
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